无刷马达的控制装置以及控制方法与流程

文档序号:14685400发布日期:2018-06-12 23:29
无刷马达的控制装置以及控制方法与流程

本发明涉及通过非通电相的感应电压与阈值的比较来切换在无刷马达的多相之中选择通过脉宽调制动作通电的相的多个通电模式、进而控制所述无刷马达的旋转速度的控制装置以及控制方法。



背景技术:

专利文献1中公开了如下同步电动机的驱动系统:具有三相同步电动机、与该三相同步电动机连接并由多个开关元件构成的逆变器、在所述三相同步电动机的三相卷线之中选择通电的两个相并以6种通电模式通过脉宽调制动作对所述逆变器进行通电控制的控制器,根据非通电相的端子电位的检测值(感应电压、变压器电动势)与基准电压的比较结果,依次切换所述通电模式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009-189176号公报



技术实现要素:

发明将要解决的课题

例如,在通过基于非通电相的感应电压切换通电模式的无传感器控制对作为使内燃机的冷却水循环的电动式水泵的驱动源的无刷马达进行旋转速度控制的系统中,若在旋转速度的指令值为极低旋转(例如约100rpm~200rpm)时,因异物向泵部的混入等导致负荷急增,则存在反馈控制对于马达的旋转速度的降低来不及、导致马达停止的情况。

这里,在根据通电模式的切换周期运算马达旋转速度的情况下,若在马达旋转速度的测量数据的最新值超过指令值的状态下,马达停止而通电模式的切换中断,则测量数据不被更新,而是保持比指令值高的状态,因此存在马达的输入电压被进行减少控制、马达持续停止的情况。

本发明鉴于所述问题而完成,目的在于提供一种即使在极低旋转区域中负荷急增、也能够抑止马达持续停止的无刷马达的控制装置以及控制方法。

用于解决课题的手段

因此,本发明的无刷马达的控制装置作为其一方式,具备在感应电压不变化时间或者通电模式不被切换的时间达到规定时间时使无刷马达的输入电压上升的电压控制部。

另外,本发明的无刷马达的控制方法作为其一方式,包含测量感应电压不变化时间或者通电模式不被切换的时间的步骤、在所述测量时间达到规定时间时使无刷马达的输入电压上升的步骤。

发明效果

根据所述发明,若感应电压不变化、通电模式不被切换的状态持续,则使输入电压上升而实现马达的起动,因此假设在旋转速度的测量数据比指令值高的状态下,马达停止,也能够抑止马达保持原样地持续停止。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式中的内燃机的冷却系统的图。

图2是表示本发明的实施方式中的马达控制装置以及无刷马达的构成的电路图。

图3是本发明的实施方式中的控制单元的功能框图。

图4是表示本发明的实施方式中的施加电压的上升处理的实施顺序的流程图。

图5是表示通过本发明的实施方式中的旋转指令值的增大校正使施加电压上升的处理的顺序的流程图。

图6是例示本发明的实施方式中的旋转指令值的增大校正处理指令值的变化的时序图。

图7是表示通过本发明的实施方式中的旋转测量值的减少校正使施加电压上升的处理的顺序的流程图。

图8是表示通过本发明的实施方式中的施加电压指令值的增大校正使施加电压上升的处理的顺序的流程图。

图9是表示本发明的实施方式中的用于抑制停止/再次起动的重复的处理顺序的流程图。

图10是例示实施本发明的实施方式中的用于抑制停止/再次起动的重复的处理时的旋转指令值的变化的时序图。

具体实施方式

以下,对本发明的实施方式进行说明。

作为本发明的无刷马达的控制装置以及控制方法的一个例子,图1示出包含由无刷马达驱动的电动式水泵的车辆用内燃机的冷却系统。

在内燃机10的输出轴连接有作为动力传递装置的一个例子的CVT(Continuously Variable Transmission)等变速器20,变速器20的输出向省略了图示的车辆的驱动轮传递。

内燃机10的冷却系统是使冷却水在循环通路内循环的水冷式冷却装置,包含流量控制阀30、以无刷马达45为驱动源的电动式水泵40、散热器50、缸盖侧冷却水通路61、缸体侧冷却水通路62、加热器芯91、变速器20的机油加温器兼冷却器21、将它们连接的配管组70等而构成。

内燃机10的缸盖侧冷却水通路61将设于缸盖11的气筒排列方向的一端的冷却水入口13与设于缸盖11的气筒排列方向的另一端的冷却水出口14连接,在缸盖11内延伸设置。

另外,内燃机10的缸体侧冷却水通路62是从缸盖侧冷却水通路61分支而到达缸体12、在缸体12内延伸设置而与设于缸体12的冷却水出口15连接的冷却水通路。

在缸盖11的冷却水出口14连接第一冷却水配管71的一端,第一冷却水配管71的另一端连接于散热器50的冷却水入口51。

另一方面,在缸体侧冷却水通路62的冷却水出口15连接第二冷却水配管72的一端,第二冷却水配管72的另一端连接于流量控制阀30的4个入口端口31-34中的第一入口端口31。

另外,第三冷却水配管73以一端连接于第一冷却水配管71的中途,另一端连接于流量控制阀30的第二入口端口32,在该第三冷却水配管73的中途,设有对变速器20的工作油的温度进行调整的机油加温器兼冷却器21。

进一步地,第四冷却水配管74以一端连接于冷却水出口14与第三冷却水配管73的连接点之间的第一冷却水配管71连接,另一端连接于流量控制阀30的第三入口端口33。该第四冷却水配管74中设有将车辆空调装置中的空调空气加热的加热器芯91等各种热交换器件。

第五冷却水配管75以一端连接于散热器50的冷却水出口52,另一端连接于流量控制阀30的第四入口端口34。

流量控制阀30具有一个出口端口35,在该出口端口35连接第六冷却水配管76的一端,第六冷却水配管76的另一端连接于电动式水泵40的吸入口41。

而且,在电动式水泵40的排出口42连接第七冷却水配管77的一端,第七冷却水配管77的另一端连接于缸盖11的冷却水入口13。

另外,第八冷却水配管78的一端连接于第一冷却水配管71的比第三冷却水配管73、第四冷却水配管74所连接的部分更靠下游侧的位置,另一端连接于第六冷却水配管76。

流量控制阀30如前述那样具有4个入口端口31-34与一个出口端口35,在入口端口31-34分别连接冷却水配管72、73、74、75。而且,流量控制阀30通过控制各冷却水配管72、73、74、75的开口面积、换句话说是各冷却水循环线路的出口面积,从而调整在冷却水配管72、73、74、75内循环的冷却水量。

此外,构成为,即使流量控制阀30的入口端口31-34全部关闭,也能够利用第八冷却水配管78使经由缸盖侧冷却水通路61的冷却水绕过散热器50而循环。

所述的电动式水泵40以及流量控制阀30由控制装置100控制。

控制装置100基于由水温传感器81、82检测的内燃机10的冷却水温度等,控制电动式水泵40的排出流量(换言之是无刷马达45的旋转速度)、流量控制阀30的入口端口31-34的开口面积。此外,例如,能够省略水温传感器81、82中的水温传感器82,并不限定于具备两个水温传感器的构成。

控制装置100例如在内燃机10的冷却水温度比冷机判定阈值低的冷机启动时,控制流量控制阀30以将入口端口31-34全部关闭,另外,将电动式水泵40的旋转速度控制成极低旋转速度(例如约100rpm~200rpm)。

换句话说,在内燃机10的冷机启动时,流入缸盖侧冷却水通路61的冷却水以不经由包含散热器50的其他热交换器件为前提循环,并且,冷却水的循环量被抑制到最小限度。由此,促进了缸盖11的温度上升,并且可抑制在冷却水循环路径内产生温度的偏差。

之后,控制装置100伴随着内燃机10的冷却水温度的上升而使入口端口31-34开口,并且使电动式水泵40的旋转速度增加,将冷却水温度保持在适宜温度范围内。

图2是表示作为电动式水泵40的驱动源的无刷马达45、控制装置100中的无刷马达45的控制部的一方式的电路图。

控制无刷马达45的控制装置100具备马达驱动电路212与控制单元213,控制单元213具备包含A/D转换器213a、微处理器(CPU、MPU等)等而构成的微型计算机213b。

无刷马达45是三相DC无刷马达,在省略了图示的圆筒状的定子中具备被星型连线的U相、V相以及W相的三相卷线215u、215v、215w,在形成于该定子的中央部的空间内,以能够旋转的方式配备永磁体转子(rotor)216。

此外,图2所示的无刷马达45虽然将三相卷线215u、215v、215w星型连线,但也能够采用三相卷线215u、215v、215w被三角形接线的无刷马达。

马达驱动电路212具有将包含反并联的二极管218a~218f而成的开关元件217a~217f进行三相桥式连接的逆变电路212a、电源电路219。开关元件217a~217f例如由FET构成。

开关元件217a~217f的控制端子(栅极端子)连接于控制单元213,控制单元213利用三角波比较方式的脉宽调制(PWM)控制开关元件217a~217f的开、关,进而控制对无刷马达45施加的电压(马达输入电压)。

在三角波比较方式的PWM控制中,控制单元213通过对三角波(载波)、根据指令占空比(指令脉冲宽度)设定的PWM计时器(PWM占空)进行比较,从而检测使各开关元件217a~217f开/关的时刻。

此外,占空比越大,PWM计时器的值越被设定成更大的值,在占空100%时被设定成最大值,在占空0%时被设定成最小值(零)。

无刷马达45不具备检测转子的位置信息的传感器,控制单元213通过不使用检测转子的位置信息的传感器的无传感器驱动方式来进行无刷马达45的驱动控制,而且,控制单元213根据马达旋转速度,将无传感器下的驱动方式在正弦波驱动方式与矩形波驱动方式之间切换。

正弦波驱动方式是对各相施加正弦波电压而驱动无刷马达45的方式。

在该正弦波驱动方式中,控制单元213根据转子旋转从而产生的感应电压(速度电动势)获得转子的位置信息,另一方面,在基于速度电动势的转子位置的检测周期期间,基于马达旋转速度推断转子位置,根据推断出的转子位置与PWM占空计算三相输出设定值以相间电压之差控制电流的朝向与强度,使三相交流电流流经各相。

此外,控制单元213基于转子位置的检测周期计算马达旋转速度。

另外,矩形波驱动方式是按照每个规定的转子位置依次切换三相之中施加脉冲电压的2相的选择模式(通电模式)、从而驱动无刷马达45的方式。

在该矩形波驱动方式中,控制单元213比较对于通电相的脉冲状的电压施加而在非通电相(断相)感应的电压(变压器电动势)与阈值,获得转子的位置信息,基于该位置信息,检测作为通电相的选择模式的通电模式的切换时刻。

这里,在正弦波驱动方式中,为了进行位置检测而检测的速度电动势伴随着马达旋转速度的降低而输出电平降低,在低旋转区域,位置检测的精度降低。另一方面,在矩形波驱动方式中,为了进行位置检测而检测的感应电压即使在包含马达停止状态的低旋转区域中也能够检测,在低旋转区域中也能够维持位置检测的精度。

因此,控制单元213在能够通过正弦波驱动方式以足够的精度检测位置信息的高旋转区域、换句话说是马达旋转速度比设定值高的区域,以正弦波驱动方式控制无刷马达45,在以正弦波驱动方式不能用足够的精度检测位置信息的低旋转区域,以矩形波驱动方式控制无刷马达45。

此外,在以正弦波驱动方式不能用足够的精度检测位置信息的低旋转区域中,包含马达旋转速度比设定值低的区域以及马达的起动时。

而且,控制单元213在无刷马达45的PWM控制中,例如根据马达旋转速度的检测值与目标马达旋转速度(旋转速度指令值)的偏差决定PWM控制的占空比,使实际的马达旋转速度接近目标马达旋转速度。

以下,详细叙述基于控制单元213的矩形波驱动方式下的无刷马达45的驱动控制的一方式。

图3是实施矩形波驱动方式的无传感器控制的控制单元213的功能框图。

控制单元213具备PWM产生部251、栅极信号切换部252、通电模式决定部253、比较部254、电压阈值切换部255、电压阈值学习部256、非通电相电压选择部257。

PWM产生部251基于与旋转速度指令值和旋转速度检测值的偏差相应的施加电压指令(指令电压),生成通过三角波比较方式脉宽调制后的PWM波。

通电模式决定部253是将决定马达驱动电路212中的通电模式的模式指令信号输出的器件,将比较部254所输出的模式切换触发信号作为触发,将通电模式切换为6组。

通电模式表示无刷马达45的U相、V相、W相的三相之中施加脉冲电压的2相的选择模式。

作为通电模式,设定从U相朝向V相流过电流的第一通电模式M1、从U相朝向W相流过电流的第二通电模式M2、从V相朝向W相流过电流的第三通电模式M3、从V相朝向U相流过电流的第四通电模式M4、从W相朝向U相流过电流的第五通电模式M5、从W相朝向V相流过电流的第六通电模式M6这6种通电模式。

而且,通电模式决定部253根据比较部254所输出的模式切换触发信号,输出指令第一通电模式M1~第六通电模式M6中的某一个的模式指令信号。

栅极信号切换部252基于作为通电模式决定部253的输出的模式指令信号,决定马达驱动电路212的各开关元件217a~217f以何种动作开关,并根据该决定,将6个栅极脉冲信号向马达驱动电路212输出。

电压阈值切换部255在基于非通电相的感应电压的通电模式的切换时刻的检测控制中,使与感应电压比较的阈值与各通电模式对应地依次切换而输出,阈值的切换时刻是基于作为通电模式决定部253的输出的模式指令信号而决定的。

非通电相电压选择部257是根据模式指令信号从无刷马达45的三相端子电压Vu、Vv、Vw之中选择非通电相的电压的检测值,并向比较部254以及电压阈值学习部256输出的电路。

另外,非通电相的端子电压虽然严格来说是接地GND-端子间的电压,但在本实施方式中,检测中性点的电压并求出该中性点的电压与接地GND-端子间电压之差而设为端子电压Vu、Vv、Vw。

比较部254通过比较电压阈值切换部255所输出的阈值、非通电相电压选择部257所输出的非通电相的电压检测值(感应电压的检测值),检测出通电模式的切换时刻、换言之是是否成为切换通电模式的规定的转子位置(磁极位置),在检测到切换时刻时,朝向通电模式决定部253输出模式切换触发。

另外,电压阈值学习部256是将通电模式的切换时刻的判定所使用的阈值更新而存储的功能部。

非通电相的感应电压因无刷马达45的制造偏差、电压检测电路的检测偏差等而变动,因此若使用固定值作为阈值,则可能会误判定通电模式的切换时刻。

因此,电压阈值学习部256检测进行通电模式的切换的规定磁极位置处的感应电压,基于该检测结果实施对电压阈值切换部255所存储的阈值进行校正的阈值的学习处理。

通电模式如所述那样由6种通电模式M1~M6构成,控制单元213在以电角60deg间隔设定的切换角度位置依次切换这些通电模式M1~M6,依次切换无刷马达45的三相之中施加脉冲电压(脉冲状的电压)的2相,从而将无刷马达45旋转驱动。

控制单元213例如在使U相的线圈的角度位置为转子(磁极)的基准位置(角度=0deg)时,在转子的角度位置(磁极位置)为30deg时,进行从第三通电模式M3向第四通电模式M4的切换,在转子角度位置为90deg时,进行从第四通电模式M4向第五通电模式M5的切换,在转子角度位置为150deg时,进行从第五通电模式M5向第六通电模式M6的切换,在转子角度位置为210deg时,进行从第六通电模式M6向第一通电模式M1的切换,在转子角度位置为270deg时,进行从第一通电模式M1向第二通电模式M2的切换,在转子角度位置为330deg时,进行从第二通电模式M2向第三通电模式M3的切换。

这里,控制单元213的电压阈值切换部255将进行通电模式的切换的转子的角度位置处的非通电相的感应电压(变压器电动势)作为阈值而以能够更新的方式存储,并输出与此时的通电模式相应的阈值。

比较部254在非通电相的感应电压达到阈值时输出表示检测出实施向下一个通电模式的切换的角度的信号,通电模式决定部253基于该信号,执行通电模式的切换。

而且,控制单元213(栅极信号切换部252)例如在从U相朝向V相流过电流的第一通电模式M1中,将U相上级的开关元件217a(U相的上臂)控制为开,另一方面,对V相下级的开关元件217d(V相的下臂)的开/关比率进行PWM控制,从而用PWM占空可变地控制流过电流的U相以及V相的平均施加电压。

这里,控制单元213(栅极信号切换部252)例如在第一通电模式M1中,对于U相上段的开关元件217a以及V相下段的开关元件217d以外的开关元件217能够控制为关。

另外,控制单元213(栅极信号切换部252)通过以与驱动通电相的下臂的PWM波相反相位的PWM波驱动通电相的上臂的互补控制方式,能够对逆变电路212a进行PWM控制。

[电压上升处理]

接下来,基于图4的流程图说明在以矩形波驱动方式对无刷马达45进行无传感器控制的状态下,负荷急增时的控制单元213的对应处理(作为电压控制部的软件功能)。

首先,控制单元213在步骤S301中辨别是无刷马达45的旋转动作指令状态还是停止指令状态。

然后,如果是停止指令状态,则控制单元213使本程序保持原样地结束,而使停止操作状态保持原样地持续,如果是旋转动作指令状态则进入步骤S302。

在步骤S302中,控制单元213辨别是否是以矩形波驱动方式对无刷马达45进行PWM控制的状态,换言之是无刷马达45的旋转速度的指令值是否为采用矩形波驱动方式的低旋转速度区域内。

这里,在为以正弦波驱动方式对无刷马达45进行PWM控制的状态的情况下,换言之是无刷马达45的旋转速度的指令值为采用正弦波驱动方式的高旋转速度区域内的情况下,控制单元213使本程序保持原样地结束,使正弦波驱动方式下的无刷马达45的驱动控制继续。

另一方面,在为以矩形波驱动方式对无刷马达45进行PWM控制的状态的情况下,换言之是无刷马达45的旋转速度的指令值为采用矩形波驱动方式的低旋转速度区域内的情况下,控制单元213进入步骤S303。

然后,在控制单元213步骤S303中,进行非通电相的感应电压不变化的时间、或者通电模式不切换的时间的测量。

非通电相的感应电压不变化的时间指的是按照每规定时间被取样的非通电相的感应电压的检测值的前次值与这次值之差达到规定值以下的状态的持续时间,通电模式不切换的时间指的是从前次的通电模式的切换起的经过时间。

在以矩形波驱动方式对无刷马达45进行PWM控制的状态下,若异物咬入电动式水泵40的泵部等导致负荷急增,则来不及进行对于旋转降低的施加电压(输入电压)的增大控制(因为旋转反馈控制的响应延迟),有时会导致无刷马达45停止。

然后,若无刷马达45停止,则作为旋转速度测量值的更新时刻的通电模式的切换时刻不再被检测出,从而在刚停止之前被更新的旋转速度测量值被维持为原样。

此时,若为旋转速度测量值比旋转速度的指令值高的状态,则在基于控制单元213的旋转速度反馈控制中,尽管旋转速度测量值未被更新,还是降低无刷马达45的旋转速度而进行降低无刷马达45的施加电压(旋转扭矩)的操作,因负荷的急增停止的无刷马达45继续维持停止状态。

换句话说,在因异物向泵部的咬入等导致电动式水泵40的负荷增大的情况下,具有为了实现旋转速度指令值而使旋转扭矩增大要求,反而利用控制单元213实施降低旋转扭矩的操作,从而无刷马达45将维持停止状态。

然后,若无刷马达45维持停止状态,则非通电相的感应电压不变化,如果感应电压不变化,则通电模式的切换时期不被检测出,不实施通电模式的切换。

控制单元213为了如所述那样判断是否是伴随着负荷的急增等的马达停止状态、并且是无刷马达45持续停止的状态,在步骤S303中进行时间测量。

接着,控制单元213进入步骤S304,判断在步骤S303中测量的时间是否达到规定时间(阈值)TSL。

所述规定时间TSL作为能够从非通电相的感应电压不变化的时间、或者通电模式不被切换的时间中尽量迅速地检测出无刷马达45持续停止的状态的值,预先被适配。

然后,在步骤S303中测量出的时间未达到规定时间TSL的情况下,由控制单元213判断为不是无刷马达45持续停止的状态,使本程序结束,从而使根据无刷马达45的旋转速度的测量值与旋转速度指令之差决定施加电压的矩形波驱动方式的PWM控制继续。

另一方面,在步骤S303中测量出的时间达到了规定时间TSL的情况下,由控制单元213判断为是无刷马达45持续停止的状态,进入步骤S305。

在步骤S305中,控制单元213校正基于无刷马达45的旋转速度的测量值与旋转速度指令之差的施加电压的设定处理,从而使向无刷马达45施加的电压(输入电压)上升。

换句话说,在无刷马达45的旋转速度的测量值未被更新的状态下,即使通过基于旋转速度的测量值与旋转速度指令值之差(控制偏差)的通常的设定处理决定施加电压,也不能使停止状态的无刷马达45起动,因此控制单元213校正通常的设定处理无而使向刷马达45施加的电压(输入电压)上升变化(比通常的设定处理提高施加电压),从而使因负荷的增大而停止的无刷马达45再次起动。

[旋转速度指令值的增大校正]

作为步骤S305中的使施加电压上升的处理,控制单元213能够实施将旋转速度反馈控制所使用的旋转速度指令值(目标旋转速度)暂时增大校正的处理。

作为步骤S305的施加电压的上升处理,图5的流程图示出对旋转速度指令值进行增大校正的处理的一方式。

首先,控制单元213在步骤S401中,选择由于马达旋转停止而使停止前的值不更新地被保持的旋转速度的测量值、旋转速度指令值中的较高的一方作为基准旋转速度NB。

接着,控制单元213进入步骤S402,将在步骤S401中设定的基准旋转速度NB加上规定的加法校正量NHOS的结果,设定为为了使施加电压上升并使马达再次起动而暂时使用的子指令值。

然后,从根据由冷却水温度等设定的旋转速度指令值(主指令值)的施加电压的设定处理,移至基于子指令值(子指令值=NB+NHOS)与旋转速度的测量值的偏差决定施加电压的处理。

此外,基于子指令值的旋转速度反馈控制在通过后述的使子指令值递减的处理使子指令值与主指令值一致的时刻被取消,返回到基于由冷却水温度等设定的旋转速度指令值(主指令值)的施加电压的设定处理。

例如,在旋转速度的测量值比旋转速度指令值(主指令值)高的状态下负荷急增而马达停止,在比指令值高的状态下测量值不再被更新的情况下,控制单元213选择旋转速度的测量值作为基准旋转速度NB。

然后,控制单元213将子指令值设定为比基准旋转速度NB高的旋转速度,因此子指令值被设定为比更新停止的测量值高的旋转速度,在使用子指令值的旋转速度反馈控制中,使测量值接近子指令值(换言之是提高马达旋转速度)而使施加电压上升。

由此,控制单元213能够产生克服急增的负荷的旋转扭矩而使无刷马达45再次起动(能够实现咬入的异物的除去),能够抑止电动式水泵40维持为停止状态。

因此,控制单元213在将电动式水泵40控制为极低旋转速度时,即使因异物的混入等导致负荷急增而电动式水泵40停止,也能够立即使电动式水泵40再次起动而使冷却水的循环继续。

然后,只要能够抑止电动式水泵40维持停止状态,就能够抑止冷却水滞留所导致的热点的产生,控制单元213能够基于水温传感器81、82的检测结果高精度地检测内燃机10的暖机进行状态,适当地进行冷却水的循环路径的控制、电动式水泵40的排出量的控制,由此能够抑制异物混入电动式水泵40时的内燃机10的运转性的降低。

此外,控制单元213虽然能够将子指令值设定为仅比主指令值高出规定旋转速度的速度,但如所述那样,只要将旋转速度的测量值与旋转速度指令值中较高的一方设为基准旋转速度NB,将仅比该基准旋转速度NB高出规定旋转速度的速度设为子指令值,就能够稳定地设定比测量值高并且不会过高的子指令值。

控制单元213若在步骤S402中实施对旋转速度反馈控制所使用的旋转速度指令值进行增大校正的处理,则接下来进入步骤S403,辨别再次起动的无刷马达45的旋转速度是否上升至比子指令值低且比主指令值高的第一旋转速度N1。

然后,控制单元213重复进行步骤S403的辨别,直至无刷马达45的旋转速度达到第一旋转速度N1为止,将子指令值仍保持为初始值,若无刷马达45的旋转速度达到第一旋转速度N1,则进入步骤S404。

在步骤S404中,控制单元213实施使从子指令值的前次值起仅降低了第一减少校正量ΔN1的旋转速度作为新的子指令值的处理,使子指令值递减,该递减的子指令值被用于旋转速度反馈控制。

接着,在接下来的步骤S405中,控制单元213辨别递减处理的子指令值是否降低至比所述第一旋转速度N1低且比主指令值高的第二旋转速度N2。

在子指令值比第二旋转速度N2高的情况下,控制单元213返回步骤S404,在子指令值降低至第二旋转速度N2的期间,重复进行按照每规定时间使子指令值仅降低第一减少校正量ΔN1的处理。

然后,控制单元213若在步骤S405中辨别为子指令值已降低至第二旋转速度N2,则进入步骤S406,实施将从子指令值的前次值仅降低了第二减少校正量ΔN2的旋转速度作为新的子指令值的处理,使子指令值递减。

这里,第二减少校正量ΔN2被设定成绝对值比第一减少校正量ΔN1小的值,由此,在子指令值降低至第二旋转速度N2后,相比于子指令值降低至第二旋转速度N2降低为止,子指令值的减少速度变慢。

控制单元213若在步骤S406中切换子指令值的减少速度,则进入步骤S407,辨别子指令值是否降低至主指令值,在子指令值比主指令值高的期间,返回步骤S406,重复进行按照每规定时间使子指令值仅降低第二减少校正量ΔN2的处理。

换句话说,控制单元213虽然使子指令值递减至主指令值,但在其中途实施将子指令值的减少速度切换为更慢的速度的处理。

然后,若子指令值降低至主指令值,则控制单元213进入步骤S408,取消基于子指令值的控制,恢复成基于主指令值的控制。

如所述那样使子指令值递减的话,通过使马达旋转速度接近子指令值的初始值的控制而补偿无刷马达45的启动,并且在旋转速度上升至第一旋转速度N1(主指令值<N1<子指令值的初始值)时开始子指令值的递减,从而能够抑制无刷马达45的旋转速度过度变高。

另外,在使子指令值递减至主指令值时,在递减刚开始之后以较快的速度使子指令值降低,若接近主指令值,则减慢子指令值的减少速度,因此能够抑制无刷马达45的旋转速度过度变高,并且能够抑制在异物的混入状态下指令值急剧降低进而旋转扭矩急减、导致马达旋转不稳定。

此外,在图5的流程图所示的处理中,控制单元213仅实施一次子指令值的减少速度的切换而使减少速度逐级变慢,但也可以进行两次以上减少速度的切换。

图6的时序图例示出实施图5的流程图所示的处理时的旋转速度指令值的变化。

在时刻t1,若非通电相的感应电压不变化的时间、或者通电模式不被切换的时间达到规定时间TSL,则控制单元213实施使旋转速度指令值从主指令值逐步增大的处理。

之后,无刷马达45被再次驱动,旋转速度测量值被更新,若在时刻t2,旋转速度测量值上升至N1,则控制单元213开始旋转速度指令值的增大校正值的减少处理,使旋转速度指令值(子指令值)递减。

然后,若旋转速度指令值降低至N2,则控制单元213将旋转速度指令值的减少速度变更为比之前慢,若在时刻t4降低至主指令值,则恢复到基于主指令值的通常控制。

[旋转速度测量值的减少校正]

另外,作为步骤S305中的使施加电压上升的处理,控制单元213能够实施对旋转速度反馈控制所使用的旋转速度测量值进行减少校正的处理。

作为步骤S305的施加电压的上升处理,图7的流程图示出对旋转速度测量值进行减少校正的处理的一方式。

在图7的流程图中,在步骤S501中,非通电相的感应电压不变化的时间或者通电模式不被切换的时间达到所述规定时间TSL之后的经过时间越长,控制单元213将旋转速度测量值校正得越低。换言之,达到规定时间TSL之后的经过时间越长,越将用于对旋转速度测量值进行减少校正的校正值变更为更大的值。

然后,在接下来的步骤S502中,控制单元213基于校正后的旋转速度测量值与旋转速度指令值的比较,决定PWM控制的占空比。

进而,在步骤S503中,控制单元213辨别是否非通电相的感应电压变化而通电模式的切换被实施、换言之是无刷马达45是否再次起动。

然后,若无刷马达45再次起动,则控制单元213进入步骤S504,将旋转速度测量值的减少校正取消(或逐渐减小减少校正量),恢复到原样使用旋转速度的测量结果的通常控制。

根据该构成,即使在急剧的负荷增大中来不及进行旋转速度反馈控制,无刷马达45停止,旋转速度测量值不被更新而是仍维持比指令值高的值,控制单元213也会强制地使旋转速度反馈控制(PWM控制)所使用的旋转速度测量值以无无刷马达45的位置信息的检测的状态逐渐降低。

由此,旋转速度反馈控制所使用的旋转速度测量值从比指令值高的状态伴随着时间经过而比指令值低,旋转速度测量值比指令值低,从而控制单元213通过旋转速度反馈控制使旋转速度测量值上升至指令值,因此能够使无刷马达45再次起动。

因此,即使在比指令值高的旋转速度的测量值被保持原样的状态下无刷马达45停止,控制单元213也能够使无刷马达45再次起动,能够抑止电动式水泵40持续停止状态。

[施加电压指令值的增大校正]

另外,作为步骤S305中的使施加电压上升的处理,控制单元213能够实施对通过旋转速度反馈控制决定了的施加电压指令值(输入电压指令值)进行增大校正的处理。

作为步骤S305的施加电压的上升处理,图8的流程图示出对施加电压指令值进行增大校正的处理的一方式。

在图8的流程图中,在步骤S601中,非通电相的感应电压不变化的时间或者通电模式不被切换的时间达到所述规定时间TSL之后的经过时间越长,控制单元213越将用于对施加电压指令值进行增大校正的电压校正值(电压校正值>0)设定为更大的值。

其中,施加电压指令值的校正值预先被设定了上限值,伴随着时间经过达到上限值后,保持上限值。

接着,控制单元213进入步骤S602,将基于无刷马达45的旋转速度的测量值与旋转速度指令的偏差运算出的施加电压指令值加上在步骤S601中设定的电压校正值而进行增大校正,并基于校正后的施加电压指令值决定指令占空比。

通过该施加电压指令值的增大校正,即使是旋转速度的测量值以及旋转速度指令值(换言之是控制偏差)被保持为恒定的状态,向无刷马达45施加的电压(输入电压)也会增大,无刷马达45将会被再次起动。

在接下来的步骤S603中,控制单元213辨别是否非通电相的感应电压变化且通电模式的切换时刻被检测,换言之是无刷马达45是否已从停止状态再次起动。

然后,若无刷马达45再次起动,非通电相的感应电压开始变化,通电模式的切换被实施,则控制单元213进入步骤S604,将施加电压指令值的增大校正取消(或逐渐减小施加电压指令值的增大校正量),恢复到原样使用通过旋转速度反馈控制决定的施加电压指令值而决定指令占空比的通常控制。

[旋转速度指令值的下限值的增大校正]

然而,即使控制单元213能够实施步骤S305中的使施加电压上升的处理而使无刷马达45再次起动,例如在不能除去异物的状态下,有时也将使施加电压上升的处理取消从而再次使无刷马达45停止,重复进行无刷马达45的停止和基于使施加电压上升的处理的再次起动。

因此,作为用于抑制无刷马达45的停止和再次起动被重复的处理,控制单元213能够实施图9的流程图所示的旋转速度指令值的下限值的增大校正处理(换言之是用于抑制重复的指令值的增大校正处理)。

在图9的流程图中,控制单元213在步骤S701中,辨别是否正在重复无刷马达45的停止与基于使施加电压上升的处理的再次起动。

例如,控制单元213在停止步骤S305的使施加电压上升的处理之后的规定时间内再次实施步骤S305时,将重复次数递增,在停止步骤S305的使施加电压上升的处理之后的规定时间内未实施再次步骤S305时,将重复次数复位为零。

然后,控制单元213在所述重复次数达到规定次数(规定次数>2)时,判断为无刷马达45的停止与基于使施加电压上升的处理的再次起动正在重复。

在无刷马达45的停止与再次起动以规定以上的频率重复的情况下,控制单元213进入步骤S702,将旋转速度指令值的下限值增大校正成比初始值(基准值)更高的速度。换言之,将取消步骤S305的使施加电压上升的处理之后的控制所使用的旋转速度指令值,设定为比主指令值高的重复时用的值。

这里,所述重复次数越多,控制单元213越能够将下限值(重复时用的指令值)变更为更高的旋转速度。

控制单元213在基于冷却水温度等运算出的旋转速度指令值(主指令值)低于所述下限值的情况下,取代基于冷却水温度等运算出的旋转速度指令值而选择所述下限值作为旋转速度反馈控制所使用的指令值。

控制单元213通过使旋转速度指令值的下限值更高并以更高的旋转速度使无刷马达45旋转驱动,可抑制负荷急剧增大时因旋转速度反馈控制的响应延迟导致无刷马达45停止,由此抑制了停止/再次起动被重复。

此外,控制单元213在使下限值逐步增大变更之后,能够使下限值以比增大变更时慢的速度(比增大变更时小的步宽)递减,能够抑制保持为过高的旋转速度指令值。

图10的时序图例示出通过图9的流程图所示的处理变更旋转指令下限值的情形。

在时刻t11,作为伴随着马达停止将施加电压增大校正的处理,实施将旋转指令值增大校正的处理,通过该处理,马达再次起动,在时刻t12,虽然使旋转指令值返回主指令值,但由于马达再次停止,因此在时刻t13再次将旋转指令值增大校正。

之后,马达再次起动,在时刻t14,虽然使旋转指令值返回主指令值,但由于马达再次停止,因此在时刻t15,再次将旋转指令值增大校正,但检测到停止/再次起动的重复状态而将旋转指令值的下限值增大校正,在时刻t16中,恢复到通常控制时的旋转指令值被设定为比主指令值高的下限值。

所述实施方式中说明的各技术思想只要不产生矛盾,就可以适当地组合来使用。

换句话说,能够并行地实施旋转速度指令值的增大校正、旋转速度测量值的减少校正、施加电压指令值的增大校正中的多个。

另外,虽然参照优选的实施方式具体地说明了本发明的内容,但如果是本领域技术人员,就明显可以基于本发明的基本的技术思想以及启示而采用各种变形方式。

所述实施方式的无刷马达45虽然被用作电动式水泵40的驱动源,但例如对于被用作油泵的驱动源的无刷马达,也明显能够通过实施相同的处理来获得相同的作用效果,无刷马达45并不限定于电动式水泵40的驱动源。

另外,在电动式水泵40暂时停止而再次起动时,控制单元213能够不将停止期间以及刚再次起动之后的规定期间内检测出的冷却水温度用于控制,或者能够推断停止期间以及刚再次起动之后的规定期间的冷却水温度的变化并基于推断值进行冷却控制。

另外,控制单元213能够取代施加电压指令值的增大校正而对基于施加电压指令值的占空比指令值进行增大校正。换句话说,控制单元213在感应电压不变化的时间或者通电模式不被切换的时间达到规定时间时,能够采用使无刷马达45的输入电压从马达停止时刻上升变化的各种处理。

这里,以下对可从所述实施方式掌握的技术思想进行记载。

无刷马达的控制装置在其一方式中,具有在无刷马达的多相之中选择通过脉宽调制动作通电的相的多个通电模式,基于非通电相的感应电压与阈值的比较切换所述多个通电模式,控制所述无刷马达的旋转速度,其中,具备电压控制部,在所述感应电压不变化的时间或者所述通电模式不被切换的时间达到规定时间时,该电压控制部使所述无刷马达的输入电压上升。

在所述控制装置的优选的方式中,在所述感应电压不变化的时间或者所述通电模式不被切换的时间达到规定时间时,所述电压控制部暂时对所述无刷马达的旋转速度的指令值进行增大校正。

在另一优选的方式中,所述电压控制部对所述无刷马达的旋转速度的指令值、所述无刷马达的旋转速度的测量数据中的更高的一方的旋转速度进行增大校正,作为所述无刷马达的旋转速度的控制所使用的指令值。

在又一优选的方式中,在使所述旋转速度的指令值增大之后,所述无刷马达的旋转速度达到规定速度之后,所述电压控制部使所述旋转速度的指令值的增大校正量递减而返回到增大校正前的指令值。

在又一优选的方式中,所述电压控制部在所述旋转速度的指令值的增大校正重复时,使所述指令值的下限值上升。

在又一优选的方式中,所述电压控制部在所述感应电压不变化的时间或者所述通电模式不被切换的时间达到规定时间时,对所述无刷马达的旋转速度的测量数据进行减少校正而用于所述旋转速度的控制。

在又一优选的方式中,所述电压控制部在所述感应电压不变化时间或者所述通电模式不被切换的时间达到规定时间时,对所述旋转速度的控制下的所述无刷马达的输入电压附加校正电压而使之增大。

另外,在无刷马达的控制方法其一方式中,具有在无刷马达的多相之中选择通过脉宽调制动作通电的相的多个通电模式,基于非通电相的感应电压与阈值的比较切换所述多个通电模式,控制所述无刷马达的旋转速度,其中,包含如下步骤:对所述感应电压不变化的时间或者所述通电模式不被切换的时间进行测量;在所述测量时间达到规定时间时,使所述无刷马达的输入电压上升。

附图标记说明

40…电动式水泵,45…无刷马达,100…控制装置,212…马达驱动电路,213…控制单元,213a…A/D转换器,213b…微型计算机,215u、215v、215w…卷线,216…永磁体转子,217a~217f…开关元件。

再多了解一些
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